独柱墩桥梁的稳定性验算报告.docx

1、独柱墩桥梁的稳定性验算报告独柱墩桥梁的稳定性验算报告独柱墩桥梁的稳定性验算报告一、工程概况本报告验算的桥梁包括钟家湾立交桥、大帝山立交桥、山阴大桥和平水东江大桥等桥梁中的各独柱墩桥梁。各座桥梁布置情况如表1：桥梁配跨(m)起点桩号终点桩号主梁结构形式桥面宽度(m)桥面铺装平曲线钟家湾立交桥22+38+22K1502+300.5K1502+786.57现浇预应力砼等高度连续箱梁，梁高2m0.5+8.5+0.513cm钢筋砼R=450m平水东江桥25+1.8+25+1.8+25K38+753.68K38+911.04后张法空心板，梁高1.1m，三跨简支0.5+13+0.513cm现浇砼刻纹路面R=

2、400m山阴大桥1-40K5+260K5+630后张法预应力砼T梁，梁高2.3m(0.5+3+0.25+8.5+1.25)*210cm钢筋砼R=2400m大帝山立交桥A匝道桥2-3*20K0+41.450K0+164.450现浇普通钢筋砼等高度连续箱梁，梁高1.4m0.5+1.25+3.75+2.5+0.513cm钢筋砼R=40mC匝道桥2-3*20K0+79.700K0+202.700现浇普通钢筋砼等高度连续箱梁，梁高1.4m0.5+1.25+3.75+2.5+0.513cm钢筋砼R=45mD匝道桥2-3*20K0+48.500K0+171.500现浇普通钢筋砼等高度连续箱梁，梁高1.4m0

3、.5+1.25+3.75+2.5+0.513cm钢筋砼R=45m表1 各独柱桥梁布置表二、验算依据2、关于要求对独柱式桥墩桥梁进行稳定性复核验算的通知 浙交2008 65号文件；3、公路工程技术标准( JTG B01-2003)；4、公路桥涵设计通用规范( JTG D60-2004 )；5、公路钢筋混凝土及预应力钢筋混凝土桥涵设计规范(JTG D62-2004)；6、公路桥梁地基与基础设计规范( JTG D63-2007 )；7、公路桥涵施工技术规范(JTJ041-2000)；8、公路工程基本建设项目设计文件编制办法(2007)；9、预应力混凝土结构用碳素钢丝(YB255-64)。三、各桥的计

4、算（一） 钟家湾立交桥1、主要技术标准（1）设计荷载：汽-20级，挂-100；本报告验算时取公路I级荷载；（2）设计车速: ；（3）桥梁横断面：0.5m（防撞护栏）+8.5m（行车道）+0.5m（防撞护栏）；（4）本桥平面设计线位于R=450m的圆曲线上，由于需要跨老104国道，为保证通车要求采用22+38+22m的预应力砼连续箱梁，下部为独柱式桥墩。2、主要材料（1）混凝土：箱梁砼：C50混凝土；桥墩和墩帽砼：C40混凝土桥面铺装：13cm厚钢筋砼；（2）普通钢筋：采用R235钢筋，抗拉强度设计值为195MPa；采用HRB335钢筋，抗拉强度设计值为280MPa；（3）钢绞线钢绞线孔道采用内

5、径9.0cm的预埋波纹管，设计采用标准强度的高强低松弛钢绞线，一束，每束钢绞线的张拉控制力为2343.2KN。3、计算参数（1）桥梁几何参数该计算联为22+38+22m的现浇预应力混凝土等高度连续箱梁，下部结构12、13号桥墩为独柱墩，立柱的尺寸为1.6*1.3m；两侧的11、14号墩为桩柱式桥墩，基础为钻孔桩基础。桥墩上设置的都是盆式橡胶支座（双支座），11和14号墩上的支座型号为GJZF4(400*500*87)，12和13号独柱墩上的支座型号为GPZ4000，内侧支座偏离桥梁中心线0.5m，外侧支座偏离桥梁支座中线线0.5m，双支座的间距为3.5m。箱梁梁体顶板宽9.5m，高2.0m，底

6、板宽度5.0m；翼缘处顶板高0.2m，顶底板厚0.25m，腹板0.4m，端部处腹板0.6m。（2）荷载设计参数1） 永久作用箱梁自重由计算程序自动根据梁体计算。桥面铺装桥面为13cm厚的钢筋砼，钢筋砼的重力密度取，桥面净宽8.5m，所以铺装层的单位长度质量为： 。防撞护栏防撞护栏由钢筋混凝土实体和金属立柱、钢管护手组成。单侧护栏折算线荷载集度，两侧护栏总线荷载集度。横隔板自重横隔板自重根据横隔板尺寸计算，以节点集中力作用于桥梁上。三跨中仅38m跨中有一横隔板，折算其自重为。基础变位支座沉降按计算，即0.013m。收缩徐变在计算中考虑10年的收缩徐变影响。2） 可变作用汽车荷载双车道，设计速度，

7、设计荷载为公路II级，验算时按实际运营状况采用公路I级荷载；双车道布载分两种不利情况，沿外侧最边缘布置两个车道荷载和沿内侧最边缘布置两个车道荷载。汽车冲击力输入相关桥梁数据，由MIDAS自动计算桥梁的冲击系数。离心力按公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）4.3.3计算，离心力系数值为。全桥温度荷载按公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）4.3.10计算，取全桥升温+20，全桥降温-20计算。日照温度梯度荷载按公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）4.3.10计算，桥面铺装钢筋砼13cm，取, 。4、结构有限元分析本报告计算采用MIDAS建立双支座模型，模拟桥梁的

8、双支座，与实际支座设置情况较符合；根据实际情况在模型中输入预应力钢束和普通钢筋。根据建立的MIDAS双支座模型，对荷载作用进行组合，考查的对象主要是支座竖向反力和独柱桥墩的抗倾覆稳定。全桥离散成单元64个，均为主梁单元，节点71个。1）、MIDAS计算模型MIDAS计算空间模型和独柱墩模型示意图如图1：图1 MIDAS建立的计算空间模型和独柱墩模型示意图2）、荷载组合(1)支座反力各个标准值计算时应考虑以下几个工况：工况1：工况2：工况3： 工况4： 上述工况中，永久荷载包括箱梁自重、桥面铺装、防撞护栏、横梁自重、基础变位和收缩徐变等作用。内车道布载主要检验外侧支座是否脱空，离心力为有利因素，

9、故不参与组合；外车道布载主要检验内侧支座是否脱空，离心力为不利因素，故参与组合。但规范中规定当弯道桥的曲线半径小于等于250m时应计算汽车荷载引起的离心力，此桥半径大于250m，因此该桥不计离心力的影响。（2）各工况支座竖向反力结果如表2(单位：KN)表2 各工况作用下的支座竖向反力工况支座1支座2支座3支座4支座5支座6支座7支座8工况1max2518.101490.864803.103700.554249.904255.492774.361233.79工况1min999.631464.072646.023711.942092.834266.871255.821207.06工况2max249

10、3.291465.674828.133725.524274.234281.162749.871208.28工况2min974.811438.892671.053736.912117.164292.541231.341181.55注：上表中沿桥纵向定义支座(1、2)，支座(3、4),支座(5、6),支座(7、8),靠曲线内侧支座为小号支座。由计算结果可以看出，所有工况支座竖向反力Fz均不出现负值，说明所有荷载组合工况下支座都不会脱空。(3)独柱桥墩抗倾覆稳定计算中需考虑的荷载组合有：1）桥墩在顺桥向承受最大竖向荷载的组合，此时按公路桥梁设计规范中所列的组合I、组合III的荷载内容组合；2）桥墩在

11、顺桥向承受最大水平荷载的组合，此时按公路桥梁设计规范中所列的组合II、组合IV的荷载内容组合；3）桥墩承受最大横桥方向的偏载、最大竖向荷载，此时按公路桥梁设计规范中所列的组合I、II、III、IV的荷载内容组合。4）桥墩在施工阶段的稳定验算，按公路桥梁设计规范中所列的组合V进行验算。抗倾覆稳定系数，对组合I抗取1.5；组合II、III、IV取1.3；组合V采用1.2。由于该桥桥墩的横向刚度大于其纵向刚度，因此对于该桥墩的抗倾覆稳定验算时，只需考虑桥墩在顺桥向的稳定性。对于本桥的计算在考虑桥墩在顺桥向的稳定性时，主要考虑的荷载组合主要有以下工况：工况5：永久荷载+汽车荷载不利反力+制动力+温度力

12、；工况6：永久荷载+汽车荷载不利反力+制动力+离心力+温度力，当制动力与离心力同时计算时，制动力取70%来计算。桥墩的抗倾覆稳定系数（这里定义桥墩在沿桥向为X轴，横桥向为y轴）；计算结果如表3。表3 各工况作用下的桥墩抗倾覆稳定系数计算结果工况52.691.73工况6/由计算结果可得，由此可见桥墩在纵桥向不会倾覆。在桥墩的稳定性计算时未考虑风力、支座摩阻力和流水压力及浮力的作用。（二）平水东江桥1、主要技术标准（1）设计荷载：汽-20级，挂-100；本报告验算时取公路I级荷载；（2）桥梁横断面：0.5m（防撞护栏）+13.0m（行车道）+0.5m（防撞护栏）；（3）本桥平面设计线位于R=400

13、m的圆曲线上，由于桥梁与航道斜交角度比较大，为确保通航净宽，通航孔采用预应力独柱式桥墩。2、主要材料（1）混凝土：25m空心板和墩帽砼：C50混凝土；桥墩砼：C40混凝土桥面铺装：13cm厚现浇砼刻纹路面；（2）普通钢筋：采用R235钢筋，抗拉强度设计值为195MPa；采用HRB335钢筋，抗拉强度设计值为280MPa；（3）钢绞线25m空心板钢绞线孔道采用内径6.7cm的预埋波纹管，设计采用标准强度的高强低松弛钢绞线，一束，每束钢绞线的张拉控制力为976.5KN。墩帽钢绞线设计采用标准强度的高强低松弛钢绞线，张拉控制应力为1400Mpa，钢绞线11根一束，每束的张拉控制力为2100KN。3、

14、计算参数（1）桥梁几何参数该计算联为25+1.8+25+1.8+25m的简支梁，上部结构为后张法预应力空心板，25m空心板的梁高1.1m；中间的两个墩为独柱式桥墩，立柱为的圆柱墩；两侧的两个墩为桩柱式桥墩，基础为钻孔桩基础。桥墩上设置的都是板式橡胶支座，25m跨径采用厚4.9cm的支座。（2）荷载设计参数1) 永久作用箱梁自重由计算程序自动根据梁体计算。桥面铺装桥面铺装为13cm厚的钢筋混凝土，钢筋混凝土的重力密度取，而每块空心板净宽0.99m，所以每块空心板的铺装层的单位长度质量为： 。防撞护栏防撞护栏由钢筋混凝土实体和金属立柱、钢管护手组成。单侧护栏折算线荷载集度，两侧护栏总线荷载集度。基

15、础变位支座沉降按计算，即0.0083m。收缩徐变在计算中考虑10年的收缩徐变影响。2) 可变作用汽车荷载三车道，设计速度，设计荷载为公路II级，验算时按实际运营状况采用公路I级荷载。汽车冲击力输入相关桥梁数据由MIDAS自动计算桥梁的冲击系数。离心力按公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）4.3.3计算，离心力系数值为。全桥温度荷载按公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）4.3.10计算，取全桥升温+20，全桥降温-20计算。日照温度梯度荷载按公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）4.3.10计算，桥面铺装钢筋砼13cm，取, 。4、结构有限元分析本报告计算采用M

16、IDAS建立桥梁的空间模型，与实际情况较符合，根据实际情况在模型中输入预应力钢束和普通钢筋。根据建立的MIDAS模型，对荷载作用进行组合，考查的对象主要是各支座的竖向反力和独柱桥墩的抗倾覆稳定；全桥离散成单元620个，均为主梁单元，节点808个。1）、MIDAS计算模型MIDAS建立的桥梁和独柱桥墩的空间模型示意图如图2：图2 MIDAS建立的桥梁和独柱桥墩的空间模型示意图2）、荷载组合（1）各个支座反力标准值计算时应考虑以下几个工况：工况1：工况2：工况3： 工况4： 上述工况中，永久荷载包括箱梁自重、桥面铺装、防撞护栏、横梁自重、基础变位和收缩徐变等作用。内车道布载主要检验外侧支座是否脱空

17、，离心力为有利因素，故不参与组合；外车道布载主要检验内侧支座是否脱空，离心力为不利因素，故参与组合。但规范中规定当弯道桥的曲线半径小于等于250m时应计算汽车荷载引起的离心力，此桥半径大于250m，因此该桥不计离心力的影响。（2）各工况支座竖向反力结果如表4(单位：KN)表4 各工况作用下的支座竖向反力工况工况1max工况1min工况2max工况2min工况工况1max工况1min工况2max工况2min前进方向第一跨左边支座支座1440.01441.8438.25438.24前进方向第一跨右边支座支座1343.37305.65345.12309.19支座2357.06358.84355.29

18、355.28支座2172.0248.04173.8544.38支座3893.34358.84891.57355.28支座3805.66160.42807.22163.53支座4357.06358.84355.29355.28支座4407.93148.35410.54153.59支座5357.06358.84355.29355.29支座5252.07109.88250.64107支座6357.06358.84355.29355.29支座6194.9147.25208.88119.18支座7893.34358.84891.57355.29支座7782.07182.15737.3192.29支座83

19、57.06358.84355.29355.29支座8781.85182.11737.3793.01支座9357.06358.84355.29355.29支座9213.7369.26262.03166.22支座10357.06358.84355.29355.29支座10186.18114.01175.7493.05支座11357.06358.84355.29355.29支座11409.22163.26414.2173.24支座12893.34358.84891.57355.29支座12805.32160.7806.26162.58支座13357.06358.84355.29355.29支座131

20、72.0148.11174.0844.14支座14440.01441.8438.25438.25支座14343.36305.66345.08309.15工况工况1max工况1min工况2max工况2min工况工况1max工况1min工况2max工况2min前进方向第二跨左边支座支座1387.7372.54399.85372.76前进方向第二跨右边支座支座1401.9374.92401.77374.66支座2270.88100.47265100.46支座2264.0899.41264.1999.65支座3850.33264.43852.17264.02支座3852.86264.96852.612

21、64.46支座4442.92247.92443.36249.6支座4442.06247.4442.96249.21支座5324.4219.35321.29212.9支座5326.47221.54323.03214.66支座6283.3423.45295.647.97支座6276.3715.68289.4641.85支座7829.82282.69783.02189.27支座7856.66312.87806.78213.12支座8830.12282.45783.22188.86支座8856.64313.15806.33212.96支座9301.87182.02348.72275.44支座9275.

22、41152.13325.28251.88支座10273.99223.51261.61198.99支座10280.99231.42267.9205.25支座11443.32258.76446.95265.2支座11442.06256.87445.49263.73支座12853.84265.01851.45263.3支座12852.62265.35851.74263.59支座13258.2199.28264.3549.81支座13265.07100.36265.23100.69支座14413.8374.83401.62374.53支座14399.85372.66399.93372.82工况工况1m

23、ax工况1min工况2max工况2min工况工况1max工况1min工况2max工况2min前进方向第三跨左边支座支座1343.26305.56345.03309.1前进方向第三跨右边支座支座1440.13441.9438.35438.34支座2171.8948.18173.7244.5支座2357.16358.94355.38355.38支座3805.69160.46807.23163.55支座3893.44358.94891.67355.38支座4407.34147.71410.01153.07支座4357.17358.94355.39355.38支座5253.83111.85252.17

24、108.54支座5357.17358.94355.39355.39支座6187.7155.24202.56125.5支座6357.17358.94355.39355.39支座7809.01212.08760.91115.89支座7893.45358.94891.67355.39支座8808.97212.28761.13116.07支座8357.17358.94355.39355.39支座9186.6839.11238.33142.42支座9357.17358.94355.39355.39支座10193.17121.77181.8699.15支座10357.17358.94355.39355.3

25、9支座11407.26161.09412.47171.51支座11357.17358.94355.39355.39支座12805.71161.14806.59162.9支座12893.45358.94891.67355.39支座13171.8848.34173.8844.35支座13357.17358.94355.39355.38支座14343.26305.58345309.07支座14440.13441.9438.35438.35注：第一、二、三跨是按桥梁前进方向来区分的，各个桥墩上的支座靠曲线内侧支座为小号支座。由计算结果可以看出，所有工况支座竖向反力Fz均不出现负值，说明所有荷载组合工况

26、下支座都不会脱空。(3)独柱桥墩抗倾覆稳定计算中需考虑的荷载组合有：1）桥墩在顺桥向承受最大竖向荷载的组合，此时按公路桥梁设计规范中所列的组合I、组合III的荷载内容组合；2）桥墩在顺桥向承受最大水平荷载的组合，此时按公路桥梁设计规范中所列的组合II、组合IV的荷载内容组合；3）桥墩承受最大横桥方向的偏载、最大竖向荷载，此时按公路桥梁设计规范中所列的组合I、II、III、IV的荷载内容组合。4）桥墩在施工阶段的稳定验算，按公路桥梁设计规范中所列的组合V进行验算。抗倾覆稳定系数，对组合I抗取1.5；组合II、III、IV取1.3；组合V采用1.2。对于本桥的计算，在考虑桥墩在顺桥向的稳定性，考虑

27、的荷载组合主要有以下工况：工况5：永久荷载+汽车荷载不利反力+制动力+温度力；工况6：永久荷载+汽车荷载不利反力+制动力+离心力+温度力，当制动力与离心力同时计算时，制动力取70%来计算。桥墩的纵桥向抗倾覆稳定系数（这里定义桥墩在沿桥向为X轴，横桥向为y轴），计算结果见表5。考虑桥墩的横向抗倾覆稳定性主要考虑以下工况：工况7：永久荷载+汽车荷载不利反力+温度力；桥墩的横桥向抗倾覆稳定系数，计算结果见表5。表5 各工况作用下的桥墩抗倾覆稳定系数计算结果工况53.062.15工况72.711.82由计算结果可得，由此可见桥墩不会发生倾覆。在桥墩的稳定性计算时未考虑风力、支座摩阻力和流水压力及浮力的作用。（三）山阴大桥1、主要技术标准（1）路线等级：平原微丘一级公路标准；（2）设计荷载：汽-20级，挂-100；本报告验算时取公路I级荷载；（3）设计车速: ；（4）桥梁横断面：0.5m（栏杆）+3m慢车道+0.25m的防撞护栏+8